无缝钢管材料增材制造过程中的研究进展

大多数的无缝钢管材料在发展的过程中会通过析出除碳化物之外的析出相的时效硬化工艺来强化钢铁材料。
这一类型的无缝钢管材料中有两大类被广泛的分析研究，这是因为采用AM制造技术进行制造非常适宜，他们是析出硬化（precipitation hardening (PH)）不锈钢和马氏体时效硬化不锈钢。尽管PH不锈钢也还具有基体相，基体相一般是奥氏体或者半奥氏体，在这里我们只讨论PH系列的不锈钢。PH不锈钢和马氏体时效硬化钢会呈现出几乎非常类似的析出硬化行为。他们具有较低的碳含量，其目的是为了抑制碳化物相的析出，因为碳化物的析出对不锈钢的腐蚀抗力具有严重的损害作用。马氏体PH钢具有中等的Ni含量 (4–11 wt%)，而马氏体时效硬化钢具有较高的Ni含量 (17–25 wt%)。自奥氏体相场进行淬火之后，这些合金的室温显微组织主要是马氏体，但也许会含有残余奥氏体，这主要取决于钢的成分和淬火的温度。这些析出强化钢的高强度会导致该合金可以用来作为工具来使用。此外，高的强度质量比和良好的韧性使得析出强化钢尤其适合应用到航空航天等部门（从起落架的齿轮部件到飞机配件），汽车和国防军工等。
在AM技术中最为常见的PH钢是17-4PH钢，这是因为该合金具有良好的可打印性能和广泛的应用范围，其应用范围广是因为该合金所具有的高强度和腐蚀抗力的综合效果好。在传统制造工艺中，在经过铸造之后，17-4PH钢部件经历固溶热处理。这一典型的热处理过程为1040 °C @ 1h，较厚的样品需要更长的固溶热处理时间。在经过固溶处理和淬火至室温的时候，马氏体显微组织会存在过饱和的Cu。经历这一过程的称之为状态A。部件为经历一个热时效处理过程来诱导富集Cu的析出相，析出相在纳米级别。最为常见的应用到17-4PH钢的时效处理温度为482 °C @ 1h，在部件中，经历此处理后会获得最高的机械强度。这一热处理过程称之为H900状态。在这一状态中，部件的极限拉伸强度比较典型的可以达到1380 MPa左右。

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